港珠澳大橋地質勘察特點

王輝

（武漢市城市防洪勘測設計院，湖北武漢 450050）

0 前言

海上勘察主要受風浪、潮汐影響，對鉆探施工及勘察測試工作有一定的影響，根據橋梁工程特點和工程場地地層特點，制訂合適勘察技術方案和施工組織方案，是大橋勘察關鍵因素。港珠澳大橋工程包括橋梁部分和隧道部分，其中九州航道橋是橋梁工程中關鍵工程。九洲航道橋采用雙塔鋼箱梁斜拉橋，橋跨布置為85+127.5+268+127.5+85=693m。本文以港珠澳大橋工程九州航道橋為例，介紹了勘察技術特點及施工組織特點。

1 場地建設條件

1.1 地形地貌

場區為伶仃洋海域，可分為兩槽三灘，內伶仃島以北發育中部淺灘（礬石淺灘），中部淺灘以東稱東槽，又稱礬石水道，水深大于10m，向南接暗士頓水道，水深達20～49m。中部淺灘以西為西槽，又稱伶仃水道，水深較淺，內伶仃島以南達10m以上。九洲航道橋段水域，水下地形十分平坦，水深變化較小，九洲航道橋至江海直達船航道橋之間水深為4～5m，九洲航道橋以西水深在3～4m 之間。

1.2 氣象

擬建工程區域北靠亞洲大陸，南臨熱帶海洋，屬南亞熱帶海洋性季風氣候區。橋區天氣特點溫暖潮濕、氣溫年較差不大，降水量多且強度大；橋位區處于熱帶氣旋路徑上，登陸和影響橋位的熱帶氣旋十分頻繁。本區域的災害性天氣主要有熱帶氣旋，橋位區域經常遭遇強對流天氣帶來的龍卷、雷擊、和短時雷雨大風等災害性天氣。

1.3 水文

伶仃洋水下地形具有西部淺、東部深的橫向分布趨勢和灣頂窄深、灣腰寬淺、灣口寬深的縱向分布特點，水下地形呈“三灘兩槽”的基本格局。

場區潮汐類型屬于不規則的半日潮混合潮型，大潮期間日潮現象較明顯，小潮期間半日潮現象顯著，中潮介于兩者之間。

1.4 工程地層巖性

場區覆蓋層為第四系全新統：淤泥、淤泥質黏土和淤泥質黏土夾砂；晚更新統晚期陸相沉積物，呈斷續分布，局部孔段缺失，層厚較薄，巖性主要為軟～可塑狀黏土，其下部多分布有薄層松散～中密狀的粉砂～礫砂，局部夾有透鏡體狀的圓礫土；基巖主要為燕山期花崗巖和震旦系片麻狀混合花崗巖、混合花崗巖[1]。

2 勘察方案特點

根據場地地質特點和橋梁工程特點，勘察目的以查明橋址基巖巖性、基巖埋深、巖石物理力學性質為主，因此勘察方案以鉆探、波速測井、室內試驗為主，輔以必要土工試驗、標準貫入等原為測試。

2.1 鉆孔布置

橋梁鉆孔數量依據設計擬定的跨徑，墩臺位置和尺寸不同，在利用與分析前期已有的工程地質成果基礎上按照規范進行合理布置[2]，布孔原則如下：

2.1.1 主橋橋塔

主塔基礎采用22根?2.5m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為40.50m和26.10m，樁底持力層為中風化花崗巖。

主橋橋塔鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在基礎邊界轉折點、中心的樁位或中線上，每個橋塔布置9個鉆孔（見圖1），依據樁位及中心線均勻布置。

圖1 主塔鉆孔灌注樁基礎構造（灰色圓點為鉆孔）

2.1.2 輔助墩

輔助墩基礎采用16根?2.2m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為36.10m和16.60m，樁底持力層為中風化花崗巖（見圖2）。

圖2 輔助墩鉆孔灌注樁基礎構造（灰色圓點為鉆孔）

輔助墩鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在基礎邊界線角點的樁位及墩中心樁位上，每個橋塔布置6個鉆孔（見圖2）；鉆孔依據樁位均勻布置。

2.1.3 邊墩

邊墩基礎采用6根?2.2m鉆孔灌注樁，嵌巖樁，行列式布置，墩外輪廓長、寬分別為17.60m和10.60m，，嵌巖2～3d。邊墩鉆孔布置以控制橋梁墩位處地層為原則，鉆孔布置在角點的樁位上，每個墩位布置2個鉆孔。

2.2 波速測井

（1）剪切波速測試。剪切波速目的主要為劃分場地土類型，判別場地類別。剪切波測鉆孔布置原則，從地貌單元、地層巖性、覆蓋層厚度三個方面考慮，所進行測試的鉆孔具有代表性，本次勘察進行剪切波速測試鉆孔，2個主塔各布置1孔，輔助墩引橋布置2～4孔，進行鉆孔剪切波測試，測點間距1m。

（2）聲波測井。主要目的是查明基巖巖體完整性程度，特別破碎巖體發育特征，為橋梁基礎持力層選型提供地質依據。本次勘察在以基巖為樁基持力層橋墩進行，主塔墩每墩不少于2孔，輔助墩不少于1孔，引橋對于揭示有破碎基巖的鉆孔，應進行聲波測試，以便于準確分層，并劃分基巖的完整性。

2.3 原位測試及室內試驗

原位測試工作主要為標準貫入試驗、重型動力觸探，其目的是結合覆蓋層鉆探、室內試驗進行地層劃分，提供巖土物理力學參數，選1/3鉆孔進行。室內試驗主要進行巖石的飽和單軸抗壓強度、密度、吸水率試驗。

3 勘察施工組織特點

3.1 鉆探施工平臺

海上地質鉆探首先要選擇合適的施工平臺，施工平臺求既能抵御海潮及較大的海浪、涌浪，確保施工或臺風來臨前或駛離現場避風，確保施工安全，又能滿足鉆探及原位測試施工工藝要求[3]。

3.1.1 鉆探船舶及設備的選定

鑒于港珠澳大橋海況復雜，為確保生產安全和效率，水上鉆探選用滿足以下指標的工程船舶和鉆探設備：①鉆探船舶和交通輔助船，應滿足現場復雜海域鉆探需要，為非內河船，船舶具有抗七級風的能力[4]；②勘探工作船舶額定載重能力應注意其適宜性，部分淺水區段宜采用吃水淺的船舶；③鉆機鉆深能力應不小于500m。

3.1.2 鉆探船的設計與拼裝

①在海船一側的中部伸出平臺；②平臺伸出船舷邊的距離為3m，鉆孔中心離船舷邊400mm，平臺伸出船舷部分的面積為3m×6m；③平臺由12根Ⅰ20（20#工字鋼）做為骨架；平臺全部由4cm木板覆蓋。

3.1.3 鉆探船的錨固定位

①鉆船定位錨具：錨重一般應在1t左右，錨型應根據流速及河床底質決定，錨繩采用?28mm鋼絲繩，長應大于5倍水深。整個錨系一般呈“*”型，必要時還應增設錨具；②錨固過程的調整：由于海域漲落潮水流方向的變化，在實施過程中應根據潮流適當松緊錨繩，或拋置備用錨，確保在漲落潮期間或水流紊亂時將船錨固住；③錨繩長度應控制在100～300m之間。

3.2 鉆孔定位與高程測量

海上勘察施工受潮汐、風浪影響，鉆孔定位和高程測量勘察工作中的難點[5]。

本次勘察擬采用TRIMBLER8雙頻GPS接收機進行鉆孔定位工作。定位基準應以HZMB-CORS和港珠澳大橋首級控制網為依據。具體工作時，先將鉆孔坐標、錨位坐標等已知數據輸入控制電腦中，由TRIMBLER8GPS接收機、HD-370超聲波數字測深儀及導航成圖軟件實時顯示船只運行軌跡、航向、航速以及船只偏離設計航線的距離等，引導、指揮施工船移動，在施工船到達預定位置后即可拋錨；待鉆船穩定后即進行鉆孔的校位，并確保鉆孔平面位置滿足勘察技術要求（不超過0.5m），然后下入外層保護套管（?180mm）。

在套管穩定后測量人員對孔口位置的坐標、高程進行測量，同時采用測深儀測量出水深，計算其孔口高程。

4 結語

海上橋梁工程勘察，制定合適的勘察技術方案和合適施工平臺是勘察成功的保證，港珠澳大橋是我國世紀工程，根據橋梁工程特點和地層特征及勘察的重點，將傳統的鉆探、聲波測井、室內試驗等的綜合應用，同時選用抗風能力達到7級的鉆探平臺，經濟可靠，順利完成海上測試項目，為設計提供地質資料，目前橋梁已經通車運營。